2.4 沉井和围堰
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2. 围堰的种类与施工
( 1 ) 土石围堰 。 土围堰 适用于水浅、 流速不 土石围堰。 土围堰适用于水浅 、 大、河床土层不透水的情况。它可用任意土料 河床土层不透水的情况。 筑成,以粘土或砂质粘土较好。 筑成,以粘土或砂质粘土较好。土围堰的断面 一般为梯形( 一般为梯形(图2-88)。 88)
图 2-88
当流速大于0.7m/ 当流速大于0.7m/s时,为保证堰堤不被冲刷, 可用草(麻)袋盛装粘性土码砌堰堤边坡,称 可用草(麻)袋盛装粘性土码砌堰堤边坡,称 为草(麻)袋围堰(图2 89)。草(麻)袋的 为草(麻)袋围堰(图2-89)。草(麻)袋的 袋口用麻线或细铁线缝合。土袋上下层和内外 层应相互错缝,堆码密实整齐。填筑时,均应 自上游开始,至下游合拢。
2.4 沉井和围堰施工 2.4.1 沉井法施工 沉井法是地下深基础施工的一种方法, 是将位于地下一定深度的建筑物,先在 地面制作,形成一个井状结构,然后在 地面制作,形成一个井状结构,然后在 井内不断挖土,借井体自重而逐步下沉, 形成一个地下建筑物。沉井法多用于重 形成一个地下建筑物。沉井法多用于重 型设备基础、桥墩、水泵结构,超高层 建筑物基础、地下油库、地下电厂等。 建筑物基础、地下油库、地下电厂等。
1. 围堰的基本要求 围堰的结构形式和材料要根据水深、 围堰的结构形式和材料要根据水深 、 流 速 、 地质情况 、 基础形式以及通航要求 地质情况、 等条件进行选择。 围堰必须满足下列要 等条件进行选择 。 围堰 必须满足下列要 求: 1) 围堰顶高宜高出施工期间最高水位 700mm , 最低不应小于 500mm , 700mm, 最低不应小于500mm, 用于防御 地下水的围堰宜高出水位或地面200 ~ 地下水的围堰宜高出水位或地面 200~ 400mm。 400mm。
2. 沉井施工 沉井施工时, 先在地面上铺设砂垫层, 沉井施工时 , 先在地面上铺设砂垫层 , 设置承垫木, 设置承垫木 , 制作钢板或角钢刃脚后浇 筑第一节沉井, 筑第一节沉井 , 待其达到一定重量和强 度后, 抽去承垫木, 度后 , 抽去承垫木 , 在井筒内边挖土边 下沉, 然后加高沉井, 分层浇筑, 下沉 , 然后加高沉井 , 分层浇筑 , 多次 下沉, 下沉到设计标高后, 下沉 , 下沉到设计标高后 , 用混凝土封 底 , 灌注混凝土结构底板则构成地下结 构 。 如在井筒内填筑素混凝土或砂石则 构成深基础。 沉井施工过程如图 2 83所 构成深基础 。 沉井施工过程如图2-83 所 示。
图 2-83
( 1 ) 承垫木铺设与抽除。 刃脚下应满铺 承垫木铺设与抽除 。 垫木,一般使用长短两种垫木相间布置, 垫木,一般使用长短两种垫木相间布置, 在刃脚的直线段应垂直铺设, 在刃脚的直线段应垂直铺设,圆弧部分应 径向铺设( 径向铺设(图2-84)。 84)
图 2-84
抽承垫木应在沉井混凝土达到设计强度后方可 抽承垫木应在沉井混凝土达到设计强度后方可 进行,并应遵循如下原则:以固定垫木为中心, 进行,并应遵循如下原则:以固定垫木为中心, 由远到近,先短边后长边, 由远到近,先短边后长边,最后撤四根固定垫 木。四根固定垫木的位置是根据沉井支承点和 跨中拉应力相等的原则确定( 跨中拉应力相等的原则确定(图2-85)。 85)
图 2-86
空气幕沉井亦称壁后压气 空气幕沉井亦称壁后压气 沉井。系在沉井井壁周围 预埋若干层管路,每层管 钻有许多小孔,接通压缩 空气向井壁外面喷射,气 流沿沉井外壁上升,带动 砂粒翻滚,形成液化,粘 土则形成泥浆,从而使土 对井壁的摩擦力减小,沉 井顺利下沉( 井顺利下沉(图2-87)。 87)。
1. 沉井结构 沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的 沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的 呈圆形或矩形的筒状混凝土结构。刃脚 在井筒最下端,形如刀刃,在沉井下沉 时起切入土中的作用。井筒是沉井的外 壁,在下沉过程中起挡土作用,同时还 需有足够的重量克服筒壁与土之间的摩 阻力和刃脚底部的土阻力,使沉井能在 自重作用下逐步下沉。内隔墙的作用是 把沉井分成许多小间,减小井壁的净跨 距以减小弯矩,施工时亦便于挖土和控 制沉降。
2) 围堰外形应适应水流排泄,内形应适 围堰外形应适应水流排泄,内形应适 应基础施工的要求, 应基础施工的要求 , 大小不应过多压缩 流水断面。 围堰断面尺寸应保证有足够 流水断面 。 围堰断面尺寸应保证有 足够 的强度和稳定性, 使基坑开挖后, 的强度和稳定性 , 使基坑开挖后 , 围堰 不致发生破裂、滑动或裂缝。 不致发生破裂、滑动或裂缝。 3) 围堰要求防水严密,防止或减少渗漏。 围堰要求防水严密,防止或减少渗漏。 对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起 河床的冲刷应有防护措施。 河床的冲刷应有防护措施。 4) 围堰施工一般应安排在枯水期进行。 围堰施工一般应安排在枯水期进行。
图 2-89
( 2 ) 木 ( 竹 ) 笼围堰 。 在岩层裸露河底不能 笼围堰。 打桩, 或流速较大而水深1 打桩 , 或流速较大而水深 1.5 ~ 4.0m 的情况下 , 的情况下, 可采用木( 可采用木(竹)笼围堰。木(竹)笼围堰是用 笼围堰。 方木、圆木或竹材料叠成框架, 方木、圆木或竹材料叠成框架,内填土石构成 (图2-90a)。 90a
图 2-90
( 3 ) 钢板桩围堰 。 钢板桩本身强度大 , 防水 钢板桩围堰。 钢板桩本身强度大, 性能好,穿透能力强,适用于深水、 性能好,穿透能力强,适用于深水、深基坑及 较坚硬的土石河床。 较坚硬的土石河床。 钢板桩的断面形式多种多样,我国常用的是拉 钢板桩的断面形式多种多样,我国常用的是拉 森式槽型钢板桩,最大长度为20m,还可根据 森式槽型钢板桩,最大长度为20m,还可根据 需要接长。板桩之间用锁口形式连接,见图2需要接长。板桩之间用锁口形式连接,见图2 91。锁口既能加强连接,又能防渗,还可作适 91。锁口既能加强连接,又能防渗,还可作适 当的转动以适应弧形围堰的需要。
图 2-90
为节约材料可先建成木笼架,再抛填片石, 为节约材料可先建成木笼架,再抛填片石,然 后在外侧设置板桩墙( 后在外侧设置板桩墙 ( 图 2-90b ) 。 木笼架围 90b 堰的抗滑动和抗倾覆稳定性可按两侧无土的情 况来验算, 通常, 况来验算 , 通常 , 只要宽度 b 不小于 0.6h , 围 不小于0 堰的稳定性就可以得到保证。 堰的稳定性就可以得到保证。
泥浆润滑套沉井是在沉井外壁周围与土层间设 泥浆润滑套沉井是在沉井外壁周围与土层间设 置泥浆隔离层( 置泥浆隔离层(图2-86),以减小土壤与井壁 86) 摩擦力( 泥浆对井壁的摩擦力为3 摩擦力 ( 泥浆对井壁的摩擦力为 3 ~ 5kPa) , kPa ) 从而可以减轻沉井自重,加大沉井深度, 来自百度文库而可以减轻沉井自重,加大沉井深度,提高 下沉效率。 下沉效率。
图 2-85
( 2 ) 挖土下沉 。 沉井下沉主要是 通过从井孔 挖土下沉。 沉井下沉主要是通过从井孔 除土,消除刃脚正面阻力及沉井内壁摩阻力后, 除土,消除刃脚正面阻力及沉井内壁摩阻力后, 依靠沉井自重下沉。 依靠沉井自重下沉。井内挖土方法视土质情况 而定, 而定,一般分为排水挖土下沉和不排水挖土下 沉两种。 沉两种 。 在稳定性较好且渗水量不大的土中 (每平方米沉井面积渗水量小于1.0m3/h),抽 每平方米沉井面积渗水量小于1 /h) 水时不会发生翻砂现象,可采用排水挖土下沉, 水时不会发生翻砂现象,可采用排水挖土下沉, 否则应采用不排水挖土下沉。 否则应采用不排水挖土下沉。不排水时挖土方 法一般宜采取抓泥、吸泥、 法一般宜采取抓泥、吸泥、射水交替或联合作 业等。必要时可辅以其他措施,如压重、 业等。必要时可辅以其他措施,如压重、高压 射水、炮震、 射水、炮震、降低井内水位减少浮力以增加自 重,以及采用泥浆润滑套和空气幕等方法。 以及采用泥浆润滑套和空气幕等方法。
图 2-92
插打钢板桩时必须备有可靠的导向设备, 插打钢板桩时必须备有可靠的导向设备 , 以保证钢板桩的垂直沉入, 以保证钢板桩的垂直沉入 , 一般先将全 部钢板桩逐根或逐组打到稳定深度, 部钢板桩逐根或逐组打到稳定深度 , 然 后依次打入至设计深度。 后依次打入至设计深度 。 插打顺序一般 自上游分两头插向下游合拢。 自上游分两头插向下游合拢 。 钢板桩可 用锤击、 振动、 或辅以射水等方法沉桩。 用锤击 、 振动 、 或辅以射水等方法沉桩 。 可采用千斤顶、 浮式起重机、 可采用千斤顶 、 浮式起重机 、 振动法及 双动汽锤倒打等方法将钢板桩拔出。 双动汽锤倒打等方法将钢板桩拔出。 其他常用的还有钢木套箱围堰 、 其他常用的还有 钢木套箱围堰、 混凝土 围堰、混凝土结构板桩围堰等 围堰、混凝土结构板桩围堰等。
图 2-91
当水深较大时, 当水深较大时,常用围檩作为钢板桩的定位和 支撑( 支撑 ( 图 2-92a ) ;在深水处修筑围堰 , 为了 92a ;在深水处修筑围堰, 保证围堰不渗水或尽可能少渗水, 保证围堰不渗水或尽可能少渗水,可采用双层 钢板桩围堰( 钢板桩围堰 ( 图 2-92b ) ;或采用钢管式的钢 92b 板桩围堰( 板桩围堰(图2-92c)。 92c
图 2-87
2.4.2 围堰施工 桥梁墩台基础、 桥梁墩台基础 、 水工建筑物基础常常位 于地表水以下, 有时水的流速还比较大, 于地表水以下 , 有时水的流速还比较大 , 施工时总希望在干地条件下进行。 施工时总希望在干地条件下进行 。 水中 基础最常用的方法是围堰法。 基础最常用的方法是围堰法 。 围堰法的 作用主要是防水和围水, 作用主要是防水和围水 , 有时还起着支 撑施工平台和支挡基坑坑壁的作用。 撑施工平台和支挡基坑坑壁的作用。